1
SEMINAR TUGAS AKHIR
PERANCANGAN SISTEM PENGENDALIAN LEVEL MINYAK PADA SEPARATOR (PV 9900) PT. JOB PERTAMINA-PETROCHINA TUBAN DENGAN TUNING PARAMETER KONTROLER PROPORTIONAL INTEGRAL (PI) MENGGUNAKAN METODE DIRECT SYNTHESIS
Oleh :Muhammad Syauqi
NRP : 2404 100 081Pembimbing:Suyanto, ST., MT.
2
LATAR BELAKANG
Respon level minyak pada Separator (PV9900) sangat fluktuatif dan tidak dapatmencapai kondisi steady stateERROR = 1,38% dari set point
Tuning dilakukan sesuai panduan dariVendor dan atau secara trial error ketikaada perubahan sesuai pengetahuanoperator.
3
PERMASALAHAN
Bagaimana merancang sistem pengendalian level(ketinggian) minyak pada separator (PV 9900) diPT. JOB Pertamina-Petrochina Tuban Jawa Timurdengan tuning parameter kontroler ProportionalIntegral (PI) menggunakan metode DirectSynthesis?
4
Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah merancangsistem pengendalian level (ketinggian) minyakpada separator (PV 9900) di PT. JOBPertamina-Petrochina Tuban Jawa Timurdengan tuning parameter kontroler ProportionalIntegral (PI) menggunakan metode DirectSynthesis.
5
Gambar 1. P&ID Separator Tiga Fasa (Nunes. Dkk, 2007)
TEORI PENUNJANG I
6
Penelitian Sebelumnya I
Chan Sul Jung, Hyung keun Song dan Jae Chun Hyun tahun 1999 telah melakukan penelitian pada sistem bio-reactor yang tidak stabil (fungsi transfer proses seperti di bawah) dengan menerapkan direct synthesis sebagai metode tuning dan dibandingkan dengan IMC (internal mode control) dan manual observasi. Hasilnya performansi kontrol direct synthesis paling handal.
Model Fungsi Transfer Plant yang dipakai dalam penelitian Chan, dkk.
7
Gambar 3. Perbandingan Performansi Kontrol (Chan. dkk, 1999)
HASIL KAJIAN CHAN, DKK TAHUN 1999
Penelitian Sebelumnya II
Dalam sistem kontrol level pada kolomdestilasi (Seshagiri, 2009). Hasilnyamenunjukkan bahwa metode DirectSynthesis lebih unggul dari pada metodeSmith Predictor yang diusulkan oleh(Hang, CC dkk, 2004), decoupling controloleh (Liu. dkk, 2004), dan metode analisaaturan-aturan untuk mereduksi model dantuning PID oleh (Skogestad, 2003).
8
9
Perbandingan Respon Kontrol antara yang diusulkan Seshagiri, dkk dengan Liu, dkk, dan Lu, dkk ( Seshagiri dkk, 2009)
HASIL PENELITIAN SESHAGIRI DKK TAHUN 2009
10
Metode Direct Synthesis
Metode Direct Synthesis (DS) adalah merancang danmen-tuning untuk mendapatkan parameter controllerdengan menghubungkan korelasi parameter plantmelalui sistem closed-loop (Willis, 1999). Targetnya,bentuk karakteristik respon output plant diharapkansama dengan model desain.
Tujuanya untuk mendapatkan gain atau desain controller,sehingga metode ini seolah-olah mempunyai internalmodel dan respon output plant yang dapat di-trajectoryoleh model desain dari sebuah controller (Seshagiri dkk,2009).
11
Gambar 4. Diagram Blok Sistem Closed-loop dan Open-loop (Seshagiri dkk, 2009)
DIAGRAM BLOK METODE DIRECT SYNTHESIS
12
Model Matematis Direct Synthesis
)()()(1
)()()()(1
)()()( sD
sGsGsGsR
sGsGsGsG
sYcp
d
cp
cp
++
+=
)()(1)()(
)()(
sGsGsGsG
sRsY
cp
cp
+=
=
)()(1
)()(
)(1)(
sRsY
sRsY
sGsG
pc
Y(s)/R(s)Gm(s )
Maka:
=)(1
)()(
1)(sG
sGsG
sGm
m
pc
13
FLOW CHART PENELITIAN
Tidak
Ya
Tidak
Tidak
Ya
Ya
Pengujian
Analisa
Kesimpulan
Mulai
Selesai
Sesuai Kriteria
Pengambilan Data Lapangan
Pemodelan Matematis Plant
Perancangan Sistem Pengendalian Level Minyak pada Separator (PV 9900) dengan Kontroler Proportional
Integral (PI) Direct Synthesis
Validasi
Validasi
Tuning Parameter Kontroler Proportional Integral (PI) Menggunakan Metode Direct Synthesis
Tabel 1. Data Parameter Proses pada Separator (PV 9900)
__
inQ
Variabel Prosespada Separator (PV 9900)
Nilai Proses
621 m3/h
275 m3/h
298 m3/h
48 m3/h
826,5 kg/m3
dan 903 kPa dan 317 kPa
0.825
104
2,21 m
__
inQ__
omQ__
ogQ__
oaQ
m__
1mP__
2 mP
mSG
mCv__
mh
Model Plant Separator (PV 9900)
Model matematis plant pada tangki separator dibuat dengan asumsi bahwa:
Pendekatan bangun ruang separator didekati dengan pendekatan bentuk kotak atau balok.
Tekanan dan suhu dianggap konstan. Laju aliran masuk (inlet) pada separator (PV 9900)
dianggap konstan. Level air pada separator (PV 9900) tidak dikontrol
karena prosentase volumenya yang sangat kecil sekitar 0,75 % dari volume minyak.
Dinamika ketinggian atau level air dalam tangki separator dianggap konstan.
Laju aliran keluar untuk air dan gas konstan.
15
Proses Pemodelan Matematik
Persamaan Laju Aliran
(Fisher, 2001)
= Koofisien control valve = Perubahan prosentase open dari valve dengan
range (0 - 100%), dalam satuan waktu.= Pressure Upstream ( kPa)= Pressure Downstream ( kPa)= Spesifik Grafity= Massa jenis minyak (kg/m3)= Kecepatan gravitasi (m/s2)
= Perubahan tinggi fluida minyak dalam tangki dalamsatuan waktu (m)
16
m
mom SG
PtghPtCvVptQ 21 )(7,11
)()( +=
mCv)(tVp
1P2P
mSGm
)(thg
HUKUM KESETIMBANGAN
Dengan hukum kesetimbangan, sistem tangki separator tiga fasa dapat didekati dengan
Rate of volumetric Rate of volumetric = Accumulation into the tank out of the tank volumetric in the tank
Atau secara matematis dapat dimodelkan dengan persamaan:
Dengan Qin = flow (aliran) fluida yang masuk ke tangki (m3/h).Qoot = flow (aliran) fluida yang keluar dari tangki (m3/h).
= dinamika volume yang terakumulasi dalam tangki.
Karena fluida yang keluar dari tangki separator terdiri dari tiga macam fluida yaitu minyak, air dan gas alam, maka ;
17
)()( tQtQdtdhA outin =
dtdhA
)()()()( tQtQtQtQdtdhA ogoaomin =
Linierisasi Deret Taylor & Tranformasi Laplace
Sehingga fungsi transfer level menjadi;
18
))((),()(______
mmm
mmom VptVpVpfhVpftQ
= ))((__
mmm
hthhf
+
( ) ( ) )(10415,0298,0)(
10415,000124,0)( sVp
ssQ
ssH minm +
+
=
( ) ( ) ( ) )(10415,000124,0)(
10415,000124,0
10415,000124,0 __ sQ
ssQ
sh
s ogoam +
+
++
Diagram Blok Level pada Plant
Separator (PV 9900)
19
Model Referensi
Sehingga Gain controller menjadi
Diagram Blok Model referensi
20
11)(+
=s
sGm
m
=)(1
)()()(
1)(sG
sGsGsG
sGm
m
cvpc
ssGsGsG
mcvpc
1)()(
1)( =
1Out1
1
0.004s+1Model Referensi
1In1
Perancangan Kontroler dan Tuning Parameter dengan Metode Direct Synthesis
21
Langkah-langkah untuk merancang tipe kontroler dan tuning parameter-parameternya adalah:
(1)
....(2)
.(3)
Persamaan (1) dan (2) disubtitusikan ke persamaan (3) sehinggamenjadi;
.(4)
( ) 10415,0298,0
1)( 2
+=
+=
ssK
sGp
p
1004,01
11)(
+=
+=
sssG
mm
=)(1
)()(
1)(sG
sGsG
sGm
m
pc
+=
ss
KsG
mpc
1)1(1)(2
22
(5)
Dengan Kp sebagai gain proporsional dan Ki sebagai gain integral nilaituningnya adalah sebagai berikut:
Dan
Gambar Diagram Blok Kontroler PI Direct Synthesis
+=
sKKsG ipc
1)(
-34,810,004*0,0415
0,298- =2
==m
pp K
K
92,8380,004*0,0415
1-=1
2
==m
i KK
1Out1
-34.81
Kp1
-838.92
Ki1
1s
Integrator1
1 In1
23
Pengujian dan Analisa
Gambar 4.1 Grafik Data Riil Tranding Level Minyakpada Separator (PV 9900) (JOB-PPEJ, 2011) 24
2.1900
2.1950
2.2000
2.2050
2.2100
2.2150
2.2200
2.2250
2.2300
2.2350
2.2400
02:0
004
:00
6:00
8:00
10:0
012
:00
14:0
016
:00
18:0
020
:00
22:0
000
:00
Oil
Leve
l (m
eter
)
Waktu (jam)
SP
VP Riil
Tranding Level Minyak Separator (PV 9900)
VALIDASI MODEL PLANT
25
Grafik Respon transien Level Hasil Pemodelan dengan Nilai Parameter Kp
dan Ki sama dengan Riil Plant
PERBANDINGAN RESPON TRANSIEN RIIL PLANT DENGANMODEL YANG DIBANGUN.
Waktu (Jam)Respon
Transien Riil(meter)
ResponTransien
Model (meter)
Error(%)
02:00 2.2179 2.2098 0,3604:00 2.2089 2.2096 0,036:00 2.2062 2.2089 0,128:00 2.2188 2.2084 0,47
10:00 2.2269 2.2095 0,7812:00 2.2233 2.2098 0,614:00 2.2368 2.2093
